EP0443168A1 - Luftgekühlter Generator, insbesondere hochdrehender Wechselstrom-Generator für Fahrzeuge - Google Patents

Luftgekühlter Generator, insbesondere hochdrehender Wechselstrom-Generator für Fahrzeuge Download PDF

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EP0443168A1
EP0443168A1 EP90124707A EP90124707A EP0443168A1 EP 0443168 A1 EP0443168 A1 EP 0443168A1 EP 90124707 A EP90124707 A EP 90124707A EP 90124707 A EP90124707 A EP 90124707A EP 0443168 A1 EP0443168 A1 EP 0443168A1
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EP
European Patent Office
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fan wheel
generator
cooling air
ring
bearing plate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP90124707A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Franz Rosskopf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
    • H02K9/06—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium with fans or impellers driven by the machine shaft

Definitions

  • the invention relates to an air-cooled generator of the type described in the preamble of claim 1.
  • Such generators are preferably used as three-phase generators on internal combustion engines for vehicles.
  • the rotor or rotor of such a generator for example shown in DE-A-35 09 467, has distributed magnetic poles on the circumference, which essentially delimit axially directed spaces. When the generator is in operation, the main part of the cooling air passing through the generator flows through these intermediate spaces.
  • a bearing plate of the generator housing which serves to support the rotor is arranged closely adjacent to the rotor.
  • This end shield has openings for the cooling air guide, separated by webs, through which the cooling air flows from the interstices of the magnetic poles, which also serve as cooling channels, to a fan arranged outside the generator housing.
  • the invention has for its object to show a design for reducing the noise that can be carried out with simple means for an air-cooled generator of the generic type.
  • a calming zone for the cooling air is arranged between the bearing plate and a cooling air inlet area of the fan wheel.
  • the advantage of the invention is that a reduction in the turbulent flow downstream of the end shield up to the entry into the fan wheel and thus a considerable reduction in noise is achieved with the calming zone.
  • Claim 2 thus describes measures to be carried out easily on both sides for axially delimiting the calming zone, the axial extension of which, according to a further feature of Claim 2, is adjusted to the respective width of the webs provided in the end shield in order to maintain a short overall length of the generator.
  • Claim 3 it is proposed according to claim 3 to further support the noise reduction that the blade edges lying in the cooling air inlet area of the fan wheel are arranged so radially offset to the outside that the blades are not directly flowed against by the cooling air flow emerging from the openings.
  • a calming zone created according to claim 2 for example by axially moving the end face of the end shield or, for example, by axially advancing the fan wheel or finally by a combination of both measures, from disturbing backflows, it is proposed according to claim 4 that the calming zone is circumferentially covered by a between the end shield or Generator housing and the blades of the fan wheel arranged ring is limited.
  • This ring can be arranged according to claim 5, for example on the housing or on the end shield, this configuration being useful in conjunction with an axially recessed end face of the end shield, as set out above.
  • the above-mentioned Ring according to claim 6 can be formed as a separate component which is releasably attached, for example, in a retrofitted generator to its housing or to its bearing plate.
  • the ring it is also conceivable, according to claim 7, to arrange the ring on the blades of the fan wheel, wherein the free end of the ring can form a labyrinth seal with a peripheral region of the housing or the bearing cover.
  • Claim 8 finally describes an embodiment of the generator for realizing a sufficient calming zone without significantly increasing the overall length of the generator.
  • An air-cooled generator 1 shown in sections, comprises a housing 2 with a stator 3 arranged therein.
  • the stator 3 is associated with a small radial clearance with a rotor or rotor 4, which on the outer circumference has magnets 6 spaced apart in the circumferential direction via spaces 5.
  • the rotor 4 is rotatably connected to a shaft 7, which is rotatably mounted in a bearing plate 8 of the generator housing 2. Openings 10 are provided in bearing plate 8, concentrically arranged with respect to shaft 7 and separated by webs 9, the shafts 11 of which are remote from the shaft are set to the outer diameter of rotor 4.
  • the shaft 7 carries in its free end region a radial fan wheel 12 with blades 14 arranged in the outer region of a disk 13 facing the bearing plate 8.
  • the air drawn in by the fan wheel 12 flows through it.
  • the main part of the cooling air flow flows through the spaces 5 in the rotor 4 delimited by the magnets 6.
  • the essentially axially directed spaces 5 thus serve as cooling channels.
  • Air flows emerging from the cooling channels 5 of the rotating rotor 4 flow directly to the fan wheel 12 via the openings 10 in the bearing plate 8.
  • air flows emerging from other cooling channels 5 strike the webs 9 between two adjacent openings 10. Since the bearing plate 8 with the webs 9 is arranged closely adjacent to the rotor 4 in order to achieve a short overall length of the generator 1, the air flows impinging on the webs 9 cause furthermore a highly turbulent flow to the blades 14 of the fan wheel 12 Cooling air flow.
  • the strongly turbulent cooling air flow causes an increased noise level.
  • a calming zone 16 is arranged between the bearing plate 8 and a cooling air inlet area 15 of the fan wheel 12 to reduce the turbulence in the cooling air.
  • the calming zone 16 is delimited on the bearing plate and fan wheel side by essentially flat radial areas 17 and 18 of the fan wheel 12 and the bearing plate 8, the axial distance "a" of the radial areas 17 and 18 relative to the width "B" of the webs 9 (FIG. 2) between the openings 10 is selected.
  • the radial region 18 on the end plate side is part of an annular recess 19 arranged in the end plate 8.
  • the radial region 17 on the fan wheel side is part of the disk 13 of the fan wheel 12 which is also axially offset from the end plate.
  • the calming zone 16 is delimited circumferentially by a ring 20 of the recess 19.
  • the ring 20 is arranged in one piece on the housing 2 or on the end shield 8, the free end of the ring 20 being spaced apart from the blades 14 of the fan wheel 12 by a predetermined axial play.
  • the ring 20 of relatively small radial wall thickness and only adjacent to the outer radial region of the blades 14 of the fan wheel 12 is assigned.
  • the ring 20 serves to ensure that cooling air already thrown off by the fan wheel 12 does not flow back into the calming zone 16.
  • the blades 14 of the impeller 12 only extend over an area of the bearing plate 8 free of cooling air openings 10.
  • the aforementioned ring 20 can also be designed as a separate component and releasably attached to the housing 2 or to the bearing plate 8, for example by clipping.
  • the ring on the blades of the fan wheel, the ring being able to form a labyrinth seal with a peripheral region of the housing or the bearing cover via its free end.
  • the ring 20 which delimits the calming zone 16 circumferentially or, in one of the other aforementioned embodiments, not only serves to prevent backflow of cooling air which has already been conveyed, which disturbs the calming zone 16. Its further advantage can be seen in the possibility of appropriate coordination of the blades 14 of the fan wheel 12 with regard to their axial extension. In order to cover the calming zone 16, excessively wide and thus disadvantageous blades 14 of the fan wheel 12 can thus be avoided.

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Abstract

Bei einem luftgekühlten Generator, insbesondere hochdrehenden Wechselstrom-Generator für Fahrzeuge, wird der Hauptstrom der Kühlluft durch die Zwischenräume der Magnetpole am Außenumfang des Rotors abgesaugt. Der Rotor dreht mit hoher Geschwindigkeiten an Stegen zwischen Kühlluft-Durchbrechungen in einem Lagerschild des Generator-Gehäuses vorbei, wodurch auf die Stege aufprallende Luftströme aus den Zwischenräumen bzw. Kühlkanälen einen dem außenseitig angeordneten Lüfterrad stark turbulent zuströmenden Kühlluftstrom verursachen mit der Folge eines erhöhten Geräusches. Zur Verminderung des Geräusches wird vorgeschlagen, dass eine Beruhigungszone (16) für die Kühlluft zwischen dem Lagerschild und einem Kühllufteintrittsbereich des Lüfterrades angeordnet ist. Mit dieser Maßnahme verringert sich das Durchströmgeräusch beträchtlich.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen luftgekühlten Generator der im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebenen Bauart.
  • Derartige Generatoren finden vorzugsweise als Drehstrom-Generatoren an Brennkraftmaschinen für Fahrzeuge Verwendung. Der Läufer bzw. Rotor eines derartigen, beispielsweise in der DE-A-35 09 467 dargestellten Generators weist am Umfang verteilt angeordnete Magnetpole auf, die im wesentlichen axial gerichtete Zwischenräume begrenzen. Beim Betrieb des Generators strömt über diese Zwischenräume der Hauptteil der den Generator durchsetzenden Kühlluft. Bei diesen Generatoren ist ferner zur Erzielung einer kurzen Baulänge ein der Lagerung des Rotors dienender Lagerschild des Generator-Gehäuses dem Rotor eng benachbart angeordnet. Dieser Lagerschild weist der Kühlluft-Führung dienende, durch Stege getrennte Durchbrechungen auf, über die die Kühlluft aus den zugleich als Kühlkanäle dienenden Zwischenräumen der Magnetpole einem außerhalb des Generator-Gehäuses angeordneten Lüfter zuströmt.
  • Für die aus den Zwischenräumen bzw. Kühlkanälen des drehenden Rotors austretenden Luftströme bilden jedoch die nahe dem Rotor angeordneten Stege des Lagerschildes erhebliche Strömungshindernisse. Die auf die Stege rotorseitig aufprallenden Luftströme bewirken, daß der Kühlluftstrom im weiteren stark turbulent den Fördereinrichtungen des Lüfterrades zuströmt. Dies führt in nachteiliger Weise zu einer Geräuschzunahme.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen luftgekühlten Generator der gattungsgemäßen Bauart eine mit einfachen Mitteln ausführbare Gestaltung zur Geräuschsenkung aufzuzeigen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird im Kennzeichen des Anspruches 1 vorgeschlagen, daß eine Beruhigungszone für die Kühlluft zwischen dem Lagerschild und einem Kühllufteintrittsbereich des Lüfterrades angeordnet ist.
  • Der Vorteil der Erfindung ist, daß mit der Beruhigungszone eine Verringerung der turbulenten Strömung stromab des Lagerschildes bis zum Eintritt in das Lüfterrad und damit eine beträchtliche Geräuschabsenkung erreicht ist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. So beschreibt Anspruch 2 einfach durchzuführende Maßnahmen zur beidseitigen axialen Begrenzung der Beruhigungszone, deren axiale Erstreckung nach einem weiteren Merkmal des Anspruches 2 zur Beibehaltung einer kurzen Baulänge des Generators auf die jeweilige Breite der im Lagerschild vorgesehenen Stege abgestellt ist. Für ein Lüfterrad mit Radial-Schaufeln wird nach Anspruch 3 zur weiteren Unterstützung der Geräuschabsenkung vorgeschlagen, daß die im Kühllufteintrittsbereich des Lüfterrades liegenden Schaufelkanten radial so weit nach außen versetzt angeordnet sind, daß die Schaufeln von dem aus den Durchbrechungen austretenden Kühlluftstrom nicht direkt angeströmt werden.
  • Um eine nach Anspruch 2 beispielsweise durch axiales Zurückversetzen der Stirnseite des Lagerschildes oder beispielsweise durch axiales Vorversetzen des Lüfterrades oder schließlich durch Kombination beider Maßnahmen geschaffene Beruhigungszone vor störenden Rückströmungen zu schützen, wird nach Anspruch 4 vorgeschlagen, daß die Beruhigungszone umfänglich durch einen zwischen Lagerschild bzw. Generator-Gehäuse und den Schaufeln des Lüfterrades angeordneten Ring begrenzt wird. Dieser Ring kann nach Anspruch 5 beispielsweise am Gehäuse bzw. am Lagerschild fest angeordnet sein, wobei sich diese Gestaltung in Verbindung mit einer axial zurückversetzten Stirnseite des Lagerschildes, wie oben dargelegt, anbietet. Bei einer durch axiales Absetzen des Lüfterrades vom Lagerschild gebildeten Beruhigungszone kann der o.g. Ring nach Anspruch 6 als gesondertes Bauteil ausgebildet sein, der beispielsweise bei einem nachträglich umgerüsteten Generator an dessen Gehäuse bzw. an dessen Lagerschild lösbar befestigt ist. Schließlich ist es nach Anspruch 7 aber auch denkbar, den Ring an den Schaufeln des Lüfterrades fest anzuordnen, wobei das freie Ende des Ringes mit einem Umfangsbereich des Gehäuses bzw. des Lagerdeckels eine Labyrinthdichtung bilden kann.
  • Anspruch 8 beschreibt schließlich eine Ausgestaltung des Generators zur Verwirklichung einer ausreichenden Beruhigungszone ohne wesentliche Vergrößerung der Gesamtbaulänge des Generators.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt:
    • Fig. 1
    einen luftgekühlten Generator im Bereich des Lagerschildes im Schnitt,
    Fig. 2
    einen Ausschnitt der Stirnansicht des Lagerschildes nach Fig. 1.
  • Ein abschnittsweise dargestellter luftgekühlter Generator 1 umfaßt ein Gehäuse 2 mit einem darin angeordneten Stator 3. Dem Stator 3 ist mit geringem radialem Spiel ein Läufer bzw. Rotor 4 zugeordnet, der am Außenumfang über Zwischenräume 5 in Umfangsrichtung gegenseitig beabstandet angeordnete Magnete 6 aufweist. Der Rotor 4 ist mit einer Welle 7 drehfest verbunden, die in einem Lagerschild 8 des Generator-Gehäuses 2 drehbeweglich gelagert ist. Im Lagerschild 8 sind zur Welle 7 konzentrisch angeordnete, durch Stege 9 getrennte Durchbrechungen 10 vorgesehen, deren wellenferne Begrenzungen 11 auf den Außendurchmesser des Rotors 4 abgestellt sind. Die Welle 7 trägt schließlich in ihrem freien Endbereich ein Radial-Lüfterrad 12 mit im äußeren Bereich einer Scheibe 13 dem Lagerschild 8 zugewandt angeordneten Schaufeln 14.
  • Zur inneren Kühlung des Generators 1 wird dieser von durch das Lüfterrad 12 angesaugter Luft durchströmt. Dabei durchströmt der Hauptteil des Kühlluftstromes die von den Magneten 6 begrenzten Zwischenräume 5 im Rotor 4. Die im wesentlichen axial gerichteten Zwischenräume 5 dienen somit als Kühlkanäle. Aus den Kühlkanälen 5 des drehenden Rotors 4 austretende Luftströme fließen über die Durchbrechungen 10 im Lagerschild 8 direkt dem Lüfterrad 12 zu. Aus anderen Kühlkanälen 5 austretende Luftströme treffen jedoch auf die Stege 9 zwischen zwei benachbarten Durchbrechungen 10. Da zur Erzielung einer kurzen Baulänge des Generators 1 der Lagerschild 8 mit den Stegen 9 dem Rotor 4 eng benachbart angeordnet ist, verursachen die auf die Stege 9 aufprallenden Luftströme im weiteren einen stark turbulent den Schaufeln 14 des Lüfterrades 12 zuströmenden Kühlluftstrom. Der stark turbulente Kühlluftstrom bewirkt einen erhöhten Geräuschpegel.
  • Zur Absenkung dieses Geräuschpegels ist zur Verringerung der Turbulenz in der Kühlluft für diese zwischen dem Lagerschild 8 und einem Kühllufteintrittsbereich 15 des Lüfterrades 12 eine Beruhigungszone 16 angeordnet. Um die Gesamtbaulänge des Generators 1 mit dem Lüfterrad 12 nicht wesentlich zu vergrößern, ist die Beruhigungszone 16 lagerschild- und lüfterradseitig von im wesentlichen ebenen Radialbereichen 17 und 18 des Lüfterrades 12 bzw. des Lagerschildes 8 begrenzt, wobei der axiale Abstand "a" der Radialbereiche 17 und 18 relativ zur Breite "B" der Stege 9 (Fig. 2) zwischen den Durchbrechungen 10 gewählt ist. Der lagerschildseitige Radialbereich 18 ist Teil einer im Lagerschild 8 angeordneten ringförmigen Vertiefung 19. Der lüfterradseitige Radialbereich 17 ist Teil der zusätzlich axial vom Lagerschild abgesetzt angeordneten Scheibe 13 des Lüfterrades 12. Schließlich ist die Beruhigungszone 16 umfänglich durch einen Ring 20 der Vertiefung 19 begrenzt. Der Ring 20 ist am Gehäuse 2 bzw. am Lagerschild 8 einstückig angeordnet, wobei das freie Ende des Ringes 20 um ein vorbestimmtes Axialspiel von den Schaufeln 14 des Lüfterrades 12 beabstandet ist. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist der Ring 20 von relativ geringer radialer Wandstärke und lediglich dem äußeren Radialbereich der Schaufeln 14 des Lüfterrades 12 benachbart zugeordnet. Der Ring 20 dient dazu, daß durch das Lüfterrad 12 bereits abgeschleuderte Kühlluft nicht in die Beruhigungszone 16 zurückströmt. Um den Kühlluftstrom im Kühllufteintrittsbereich 15 des Lüfterrades 12 nicht wesentlich zu stören, erstrecken sich die Schaufeln 14 des Laufrades 12 lediglich über einen von Kühlluft-Durchbrechungen 10 freien Bereich des Lagerschildes 8.
  • Der vorgenannte Ring 20 kann auch als gesondertes Bauteil gestaltet sein und am Gehäuse 2 bzw. am Lagerschild 8 beispielsweise durch Klipsen lösbar befestigt werden.
  • Weiter ist es denkbar, den Ring an den Schaufeln des Lüfterrades anzuordnen, wobei der Ring über sein freies Ende mit einem Umfangsbereich des Gehäuses bzw. des Lagerdeckels eine Labyrinthdichtung bilden kann.
  • Der die Beruhigungszone 16 umfänglich begrenzende Ring 20 bzw. in einer der weiteren vorgenannten Ausführungen dient nicht nur der Verhinderung einer die Beruhigungszone 16 störenden Rückströmung von bereits geförderter Kühlluft. Sein weiterer Vorteil ist in der Möglichkeit einer zweckmäßigen Abstimmung der Schaufeln 14 des Lüfterrades 12 bzgl. deren axialer Erstreckung zu sehen. Damit können zur Überdeckung der Beruhigungszone 16 übermäßig breite und damit in mehrfacher Hinsicht nachteilige Schaufeln 14 des Lüfterrades 12 vermieden werden.

Claims (8)

  1. Luftgekühlter Generator, insbesondere hochdrehender Wechselstrom-Generator für Fahrzeuge,
    - mit einem im Lagerschild (8) eines Gehäuses (2) gelagerten Rotor (4) mit axialen, dem Lagerschild benachbart endenden Kühlkanälen (5), und
    - mit im Lagerschild angeordneten, durch Stege (9) getrennte Durchbrechungen (10), über die
    - Kühlluft aus den Rotor-Kühlkanälen (5) austritt zu einem außerhalb des Gehäuses dem Lagerschild benachbart angeordneten Lüfterrad (12), dadurch gekennzeichnet,
    - daß eine Beruhigungszone (16) für die Kühlluft zwischen dem Lagerschild (8) und einem Kühllufteintrittsbereich (15) des Lüfterrades (12) angeordnet ist.
  2. Generator nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß die Beruhigungszone (16) lagerschild- und lüfterradseitig von im wesentlichen ebenen Radialbereichen (17,18) begrenzt und
    - der axiale Abstand (a) der Radialbereiche (17,18) relativ zur Breite (B) der Stege (9) zwischen den Durchbrechungen (10) gewählt ist.
  3. Generator nach Anspruch 1 und 2,
    - mit einem Radial-Lüfterrad (12) mit im äußeren Bereich einer Scheibe (13) dem Lagerschild (8) zugewandt angeordneten Schaufeln (14), dadurch gekennzeichnet,
    - daß die Schaufeln (14) sich über einen von Kühlluft-Durchbrechungen (10) freien Bereich des Lagerschildes (8) erstrecken.
  4. Generator nach den Ansprüchen 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Radial-Lüfterrad (12) mit Schaufeln (14) von einer gegenüber der axialen Erstreckung (a) der Beruhigungszone (16) geringeren Breite ein die Beruhigungszone (16) umfänglich begrenzender Ring (20) vorgesehen ist.
  5. Generator nach den Ansprüchen 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (20) am Gehäuse (2) bzw. am Lagerschild (8) angeordnet ist, wobei das freie Ende des Ringes um ein vorbestimmtes Axialspiel von den Schaufeln (14) des Lüfterrades (12) beabstandet ist.
  6. Generator nach den Ansprüchen 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß der Ring als gesondertes Bauteil von relativ geringer radialer Wandstärke gestaltet ist, und
    - daß der Ring am Gehäuse (2) bzw. Lagerschild (8) lösbar (z.B. Klipsen) angeordnet ist.
  7. Generator nach den Ansprüchen 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ring an den Schaufeln (14) des Lüfterrades (12) angeordnet ist, und
    - über sein freies Ende mit einem Umfangsbereich des Gehäuses (2) bzw. des Lagerschildes (8) eine Labyrinthdichtung bildet.
  8. Generator nach den Ansprüchen 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß die Beruhigungszone (16) gebildet ist aus einer im Lagerschild (8) im Bereich der durch Stege (9) getrennten Durchbrechungen (10) angeordneten ringförmigen Vertiefung (19), und
    - aus einer vom Lagerschild (8) zusätzlich axial versetzten Anordnung des Radial-Lüfterrades (12), wobei
    - die umfängliche Begrenzung der Beruhigungszone (16) ein lediglich dem äußeren Radialbereich der Schaufeln (14) des Lüfterrades (12) benachbarter Ring (20) bildet.
EP90124707A 1990-02-20 1990-12-19 Luftgekühlter Generator, insbesondere hochdrehender Wechselstrom-Generator für Fahrzeuge Withdrawn EP0443168A1 (de)

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DE19904005260 DE4005260A1 (de) 1990-02-20 1990-02-20 Luftgekuehlter generator, insbesondere hochdrehender wechselstrom-generator fuer fahrzeuge
DE4005260 1990-02-20

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